CN110244610A - 一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置，其技术特点在于：包括外壳及其内部的控制电路；所述控制电路包括微控制器电路、选通开关、通讯转换电路单元、光耦输出开关电路、光耦输入开关电路、多个继电器电路和电源模块；所述微控制器电路的一端与选通开关相连接，该选通开关的另一端通过通讯转换电路与上位机相连接，用于将输入微控制器电路的IO信号转变为串口通讯编码后通过选通开关所选取的通讯转换电路与上位机进行通讯。本发明结构简单，多种通讯方式可选可切换，极大适应了工业控制方式，具备较高的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于工业控制技术领域，涉及控制柜或电气柜中的开关量控制装置，尤其是一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置。
背景技术
目前，传统的控制柜在硬件方面的设计采用按键等手动方式进行控制，当控制柜安装在人较难接触到的地方时，其控制过程较为繁琐，若遇到突发故障，急停按键因较难触及到，则很可能引发安全隐患，同时控制柜的一些指示灯因安装和摆放位置会导致客户难以观察到，对设备的状态信息无法及时的有效掌控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、安全可靠、方便快捷且兼容性强的基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置，包括外壳及其内部的控制电路；所述控制电路包括微控制器电路、选通开关、通讯转换电路单元、光耦输出开关电路、光耦输入开关电路、多个继电器电路和电源模块；所述微控制器电路的一端与选通开关相连接，该选通开关的另一端通过通讯转换电路与上位机相连接，用于将输入微控制器电路的IO信号转变为串口通讯编码后依次通过选通开关和通讯转换电路单元与上位机进行通讯；
该微控制器电路的输出端通过光耦输出开关电路与控制柜急停按钮相连接，用于将上位机通过串口传来的通讯编码转变为IO信号后，通过光耦元件对控制柜急停按钮进行高速隔离控制；
该微控制器电路的输出端分别通过多个继电器电路与对应的控制柜启动按钮和控制柜复位按钮相连接，用于对控制柜启动按钮和控制柜复位按钮进行控制；
所述微控制器电路的输入端通过光耦输入开关电路与控制柜指示灯相连接，当控制柜的指示灯对外输出时，通过光耦输入开关电路转换为微控制器电路可接收的IO信息，并经过选通开关和通讯转换电路单元输入至上位机。
而且，所述通讯转换电路单元包括串口转USB通讯电路、串口转网口通讯电路和串口转485通讯电路，所述微控制器电路的一端与选通开关相连接，该选通开关的另一端分别通过串口转USB通讯电路、串口转网口通讯电路或串口转485通讯电路与上位机相连接，用于将输入微控制器电路的IO信号转变为串口通讯编码后通过选通开关所选取的通讯电路与上位机进行通讯。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明提供一种接管控制柜的硬件控制和开关量输出并能够转换成多种通讯方式传输控制的开关量控制装置，其本身不涉及任何操作系统，且能够将上位机发送的控制指令通过多种可选的通讯方式传达至微控制器，再由微控制器将其指令转变为开关量去接管控制柜的开关等器件；控制柜输出的开关量也可以通过控制卡转变为计算机可读取的信息，其电路结构简单，兼容性和扩展性较强，且多种通讯方式可选可切换，极大适应了工业控制方式，具备较高的稳定性。
2、本发明采用附加式设计理念，提出一种附加式控制卡，通过对上位机合理的装配可接管控制柜内部控制信号，以此达到方便快捷对控制柜的重要器件进行控制；并能够极大的兼容已被使用的控制柜，具备较高的兼容性。
3、本发明的采用继电器电路和光耦电路实现电气隔离，两种电路具备不同的性质，可适应多种电气条件实现控制。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置，如图1所示，包括外壳及其内部的控制电路；所述控制电路包括微控制器电路、选通开关、通讯转换电路单元、光耦输出开关电路、光耦输入开关电路、多个继电器电路和电源模块；所述微控制器电路的一端与选通开关相连接，该选通开关的另一端通过通讯转换电路与上位机相连接，用于将输入微控制器电路的IO信号转变为串口通讯编码后依次通过选通开关和通讯转换电路单元与上位机进行通讯；
在本实施例中，所述通讯转换电路单元包括串口转USB通讯电路、串口转网口通讯电路和串口转485通讯电路，所述微控制器电路的一端与选通开关相连接，该选通开关的另一端分别通过串口转USB通讯电路、串口转网口通讯电路或串口转485通讯电路与上位机相连接，用于将输入微控制器电路的IO信号转变为串口通讯编码后通过选通开关所选取的通讯电路与上位机进行通讯；
该微控制器电路的输出端通过光耦输出开关电路与控制柜急停按钮相连接，用于将上位机通过串口传来的通讯编码转变为IO信号后，通过光耦元件对控制柜急停按钮进行高速隔离控制；
在本实施例中，该微控制器电路的输出端还通过光耦输出开关电路与控制柜其他高速开关量器件相连接，用于将上位机通过串口传来的通讯编码转变为IO信号后，通过光耦元件对其他高速开关量器件进行高速隔离控制；
该微控制器电路的输出端分别通过多个继电器电路与对应的控制柜启动按钮和控制柜复位按钮相连接，用于对控制柜启动按钮和控制柜复位按钮进行控制；
在本实施例中，该微控制器电路的输出端还分别通过多个继电器电路与其他开关量器件相连接，用于对控制柜的其他开关量器件进行控制；
所述微控制器电路的输入端通过光耦输入开关电路与控制柜指示灯相连接，当控制柜的指示灯对外输出时，通过光耦输入开关电路转换为微控制器电路可接受的IO信息，并经过选通开关和通讯转换电路单元输入至上位机。
下面对本发明中各模块的功能和作用作进一步说明：
所述微控制器电路采用STM32控制系统，型号为STM32F103RBT6，用于将上位机通过通讯转换电路传输来的数据转变为开关量，以及将控制柜输出的开关量转变为上位机可读的编码。即：可将控制器输入的IO信号转变为传统通讯输出相应的编码，同时也可以将上位机通过串口传来的通讯编码转变为IO信号输出到控制器接管相关的开关量。
所述选通开关，是微控制器电路和上位机之间采用的通讯方式，用于将微控制器的通讯通道切换到所需的通讯转换模块，使其达到多种通讯可选的功能。
所述串口转USB通讯电路，是能够将上位机的USB通讯转变为微控制器电路能够接收的串口信号。其串口通道连接选通开关。
所述串口转网口通讯电路，是能够将上位机的网络信号转变为微控制器电路能够接收的串口信号，其串口通道连接选通开关。
所述串口转485通讯电路，是能够将上位机的485通讯转变为微控制器电路能够接受的串口信号，其串口通道连接选通开关。
所述光耦输出开关电路，是能够通过小电压小电流控制大电压大电流的转换电路，其小电压电路与被控大电压电路之间的电气信号通过光耦元件进行隔离控制，将微控制器IO输出的高低电平转变为基于光耦的控制开关电路，以此达到电气隔离的目的，其切换速度优于继电器电路，具备响应速度快的优点。
所述光耦输入开关电路，是能够将控制柜输出的大电压大电流信号转变为微控制器IO能够接受的小电压小电流，将控制柜的开关量输出信号转变为微控制器IO可检测扫描的电信号，以此达到控制柜内部信号与微控制器信号的电气隔离，这两种信号在电气信号上通过光耦进行隔离，具备响应速度快的优点。
所述继电器电路，是通过微控制器的IO接口输出的开关量控制信息控制继电器电路的吸合状态，使其达到微控制器的控制信号控制大功率设备开关的效果，具备较高的稳定性的优点。
所述电源，是能够将控制柜中的普遍的直流或交流电源转变为控制板所需的电源，能够提供常用的电压，如5V、3.3V、1.8V等相关电路所需的电源需求。
本发明的工作原理是：
一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置，包括微控制器电路、选通开关、串口转USB通讯电路、串口转网口通讯电路、串口转485通讯电路、光耦输出开关电路、光耦输入开关电路、继电器电路；所述微控制器电路模块作为控制核心，负责将上位机通过通讯转换电路发送来的编码转变为IO口的输出信号，其IO口的高低电平控制光耦输出电路和继电器，光耦输出电路和继电器电路接管控制柜内部按键或具备开关量的输入的电气引脚，光耦输入电路可并联接管在控制柜开关量的输出引脚，如指示灯，其输入信号通过微控制器转变为计算机可读编码。
电源(7)将市电(8)转换为控制板所需的电源，如常用的3.3V和5V等，电源(7)具备多种电压同时输出的特点。用户手动调节选通开关(5)可选择上位机与控制板的通讯方式，提供三种通讯方式，可通过串口转USB通讯电路(2)采用USB通讯方式，可通过串口转网口通讯电路(3)采用网口通讯，可通过串口转485通讯电路(4)采用485通讯方式。STM32控制系统(6)收到上位机传来的信息后进行解码分析，对相对应的IO口进行开关量的输出，其IO口连接光耦输出开关电路(9)，光耦输出开关电路(9)连接控制柜急停按钮(14)以及控制柜其他高速开关量器件(15)，以此达到高速接管控制柜开关量开关的操作。STM32控制系统的IO口还连接有多个继电器，如连接继电器(10)和继电器(11)，例如：可分别控制控制柜启动按钮(16)和控制柜复位按钮(17)，其他继电器(12)通过开关端子对控制柜其他开关量器件(18)进行控制，当控制柜的指示灯(19)或其他开关量信息对外输出时，可通过光耦输入开关电路(13)转换为STM32控制系统可接受的IO信息，STM32控制系统(6)将控制柜传来的开关量信息进行编码，并经过选通开关(5)和通讯转换电路输入到上位机中，以此达到上位机和控制柜之间的信息交互功能。
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置，其特征在于：包括外壳及其内部的控制电路；所述控制电路包括微控制器电路、选通开关、通讯转换电路单元、光耦输出开关电路、光耦输入开关电路、多个继电器电路和电源模块；所述微控制器电路的一端与选通开关相连接，该选通开关的另一端通过通讯转换电路与上位机相连接，用于将输入微控制器电路的IO信号转变为串口通讯编码后依次通过选通开关和通讯转换电路单元与上位机进行通讯；该微控制器电路的输出端通过光耦输出开关电路与控制柜急停按钮相连接，用于将上位机通过串口传来的通讯编码转变为IO信号后，通过光耦元件对控制柜急停按钮进行高速隔离控制；该微控制器电路的输出端分别通过多个继电器电路与对应的控制柜启动按钮和控制柜复位按钮相连接，用于对控制柜启动按钮和控制柜复位按钮进行控制；所述微控制器电路的输入端通过光耦输入开关电路与控制柜指示灯相连接，当控制柜的指示灯对外输出时，通过光耦输入开关电路转换为微控制器电路可接收的IO信息，并经过选通开关和通讯转换电路单元输入至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种基于多种通讯方式可互相切换的开关量控制装置，其特征在于：所述通讯转换电路单元包括串口转USB通讯电路、串口转网口通讯电路和串口转485通讯电路，所述微控制器电路的一端与选通开关相连接，该选通开关的另一端分别通过串口转USB通讯电路、串口转网口通讯电路或串口转485通讯电路与上位机相连接，用于将输入微控制器电路的IO信号转变为串口通讯编码后通过选通开关所选取的通讯电路与上位机进行通讯。
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